物理实验建模论文

1、第三部分物理实验论文案例摘录1.1水果电池探秘 【摘要】我们主要探究的内容是影响水果电池电压的主要因素。我们分别就水果本身特性、电极插入深度、电极横截面积以及两电极之间的距离这四大方面进行了探究。我们主要利用课余时间进行亲自实验，通过观察实验现象，记录并分析数据，查阅相关背景资料等方法更进一步地了解了上述因素对水果电池电压影响的大小以及电压的变化趋势，从相对客观的角度深入剖析水果电池，并在整个过程中体会科学探究的精神，体验科学探究的过程，从中增长知识，乐在其中，学以致用。研究背景在前不久的物理课上，我们进行了对“电压”这一知识的学习。在课堂上，我们初步进行了对水果电池的研究，但没有进行严格的实

2、验操作。由于同学们所使用的水果不同，电极插入深度以及两电极间的距离都不尽相同，因而产生了不同的实验结果。对于这些结果，我们进行了质疑与初步分析。通过前期对水果电池有关知识的查找与总结，我们发现：大部分的文献资料均只能给予我们理论上的知识分析但往往忽略了水果电池的实际应用。由于对水果电池探秘的共同兴趣，我们结成小组进行了对影响水果电池电压因素的基本分类，并设计实验，希望能够以实验数据来更直观地进行分析论证，并从中发现新的问题，不断探究，不断学习。研究内容我们主要探究的内容是影响水果电池电压的主要因素。对于水果电池的研究，不仅涉及到物理方面的知识，还涉及到一些相关的化学知识。研究水果电池，可以使我

3、们从中建立学科间的联系，对水果电池进行分析与改良，更加有效地发掘并利用其在生活中的价值。实验报告一、实验名称 水果电池探秘二、实验日期 2008年12月3日 实验员 王乐君子 刘碧莹三、实验目的 通过制作并测量不同形式的“水果电池”，研究“水果电池”的电压与哪些因素有关。四、实验器材电压表一个；不同粗细（直径）的铜、锌电极一宗；导线若干根；各种水果若干枚。五、实验猜想1、水果电池的电压与水果的种类有关；2、水果电池的电压与两电极之间的距离有关；3、水果电池的电压与两电极插入水果的深度有关；4、水果电池的电压与两电极的粗细（直径）有关。六、实验过程及纪录在保证水果电池的电压与两电极之间的距离、水

4、果电池的电压与两电极插入水果的深度以及水果电池的电压与两电极的粗细（直径）不变的前提下，选择五种不同的水果进行实验，测试数据见表一。表 一序 号12345水果种类橘子苹果梨西红柿猕猴桃距离（cm）44444插入深度（cm）22222电极直径小小小小小电压（V）0.050.10.10.250.32、以猕猴桃为对象，在保证水果电池的电压与两电极插入水果的深度以及水果电池的电压与两电极的粗细（直径）不变的前提下，调整电极的间距进行实验，测试数据见表二。表二序 号1234水果种类猕猴桃猕猴桃猕猴桃猕猴桃距离（cm）0.5245插入深度（cm）2222电极直径小小小小电压（V）0.40.310.30.3

5、3、以猕猴桃为对象，在保证水果电池的电压与两电极之间的距离以及水果电池的电压与两电极的粗细（直径）不变的前提下，调整电极的插入深度进行实验，测试数据见表三。表三序 号123水果种类猕猴桃猕猴桃猕猴桃距离（cm）555插入深度（cm）22.93.4电极直径小小小电压（V）0.30.450.54、以猕猴桃为对象，在保证水果电池的电压与两电极之间的距离以及水果电池的电压与两电极插入水果的深度不变的前提下，调整电极的粗细（直径）进行实验，测试数据见表四。表四序 号12水果种类猕猴桃猕猴桃距离（cm）55插入深度（cm）22电极直径小大电压（V）0.40.4七、分析与论证1、由表一数据可知，当两电极之间

6、的距离、电极插入深度和电极粗细都相同时，不同种水果产生的电压不同，产生电压的大小由大到小依次是：猕猴桃、西红柿、苹果、梨、橘子。可能的原因：水果越酸，产生的电压越大，水果越软，产生的电压越大，与该种水果的含水量及含糖量无关（反例：梨）；还可能与该种水果的内部结构有关（如橘子、西红柿）。理论依据：能够做电解液的是酸、碱、盐的水溶液，所以水果中含酸的浓度越高，产生的电压就越大。2、由表二数据可知：电极插入的深度一定时，两电极间的距离越大，产生的电压越小。可能的原因：电极吸引电荷的能力（或者说电级对电荷的控制力）是一定的，两电极之间的距离越大，电极对电荷的吸引力就越小，所吸引的电荷数就越少，所以电压

7、就越小。另外两电极之间的距离越大，正电荷与电子相互移动的阻力就越大，移动的速度就越慢，所以电流就越小。3、由表三数据可知，两电极间的距离一定时，电极插入的深度越深，产生的电压越大。可能的原因：电极插入的越深，与水果的接触面积就越大，可以吸引电荷的面积就越大，对电荷的吸引力变大，所吸引的电荷数就越多，所以电压就越大。4、由表四数据可知，插入电极的粗细对产生电压的大小没有影响（测量精度）或影响较小。可能的原因：插入电极的粗细对两电极之间的距离和电极与水果接触的面积影响很小，所以吸引电荷的能力没有太大差别，因此电压几乎没有变化。5、对比表二和表三的数据，分析可知：水果电池电压的大小，受两电极与电解液

8、的接触面积影响较大。 八、结论1、当两电极之间的距离、电极插入深度和电极粗细都相同时，介质含酸的浓度越高，产生电压越大。2、当电极插入的深度一定时，两电极间的距离越大，产生的电压越小。3、当两电极间的距离一定时，电极插入的越深，产生的电压越大。即水果类电池的电压大小与其与某种电解质接触的面积成正比。4、插入电极的粗细（在一定范围内）对产生电压的大小影响很微小，几乎可以忽略不计。研究总结在对实验进行分析后我们不难发现：若想提高水果类电池的电压，比较有效的方法是尽量增大电极与电解液的接触面积并且根据水果本身特性，选择含酸的浓度较高的水果进行水果电池的制作。我们认为，水果电池的制作不应简单地停留在利

9、用水果实体进行实验，更应该利用水果本身导电的特性进行实际的大规模生产与广泛利用。首先，我们可以设法对不同水果的导电性能进行进一步较全面的实验探究，寻找最佳介质。其次，我们可以调整电极与电解液的接触面积，提高水果类电池的电压，增效加益。对于推广水果电池，并不只是简单的兴趣使然，更重要的是，相比于普通电池，水果电池具有如下优势：1、众所周知，现在市场上电池的主要类型是干电池、蓄电池、锂电池等难以降解的化学能电池。水果导电同样是利用化学能的转化，但水果无公害，使用后的处理相对比较方便与环保，可以尽量避免由于对普通电池的分类回收处理不当而导致的环境破坏。2、水果电池属于新型电池，能够吸引消费者兴趣。现

10、今，人们的环保意识越来越强，水果电池将会成为人们更好的选择。3、水果电池的成分为水果电解液。市面上有许多掺有水果成分的用品，不仅是食品，日用品也是比比皆是。如果水果电池能够以“果香芬芳”的天然条件，吸引消费者，那么水果电池的广泛推广则指日可待。当然，我们在进行水果电池的制作中，也必须要考虑到如下问题：1、水果电解液在日常使用中，势必会发生变质的现象，如何解决这一问题是水果电池制作的关键之一。我们认为，使用防腐添加剂是解决此问题的方法之一。但防腐添加剂是否会对水果导电性能产生影响？如，水果电解液中的物质是否会与防腐添加剂发生反应？防腐添加剂是否会降低水果电池的导电性？何种防腐添加剂适宜用于水果电

11、解液的防腐中？适宜的防腐添加剂是否廉价易得？这些都是我们需要进一步探讨的问题。2、腐烂的水果是否具有导电性还有待探究。在本次实验中，我们没有进行对腐熟水果导电性能的研究。但在实际生活中，腐烂的水果可以成为很好的肥料，那么，它的导电性能是否也没有改变呢？若能够以腐烂水果制作水果电池则能避免种植的水果腐烂后只能大批处理的浪费现象，有效地利用资源。3、电解液的提取问题同样不可忽视。毕竟，水果种植的第一目的是食用，如何寻找电解液的来源是一大难题。我们认为，可以通过生物组培的方式进行对水果的大批量短期培养，但前提是保证电解液导电性能无明显变化（实验探究）。4、通过实验数据可知，单一水果的电压过小，不足以

12、提供可供用电器工作的电压。是否可以考虑将多种水果的电解液按一定比例混合，通过实验分析，寻找最佳组合，或是提高电池中单一水果电解液的浓度，以增大电压。文献目录网站资料： - 61k1.2对热水先冰现象的实验与探究实验名称：对热水先冰现象（姆潘巴效应Mpemba Effect）的实验与探究实验目的：对同质同量同外部环境温度条件下热水和冷水的降温速度进行细致的观察和记录，从而探索热水和冷水降温过程中的规律，探讨热水先冰的姆潘巴现象存在的可能性。实验用品：两只小烧杯和两只小量杯、水、温度计（量程为-5°至100°，分度值为1）、秒表、记录纸。实验步骤与方法：实验一1 分别将200m

13、l的65°的热水（沸水晾凉）和13°的冷水加入两个小烧杯中，用正确方法分别将小烧杯中插入温度计待水温达到要求后，放入冰箱冷冻室（见图片），开始每隔15钟记录一次温度；记录数据表格如下(表一)。同质同量同外部环境温度条件下热水和冷水降温速度比较（表一） 单位:%次时间/分钟01530456075901051201热水温度（°C）6535221396.531.50结冰1冷水温度（°C）139631.50结冰2热水温度（°C）6536221410.58420结冰2冷水温度（°C）13105.5310结冰2 将实验所得数据在方格纸上描点，然后

14、将这些点用平滑曲线连接。 图一 同质同量同外部环境温度条件下热水和冷水温度下降曲线3. 现象：观察结冰时的烧杯，发现热水烧杯结冰面低于200ml的刻度线，显示有液体缺失。冷水烧杯内液体缺失不明显。4.将每个时间段水温下降的温差与前一个时间段水温下降度数的百分比相比较, 同质同量同外部环境温度条件下热水和冷水降温速度比较（表二） 单位:%次降温程度°C0min15min30min45min60min75min90min105min120min1热水046.1%37.1%41%30.8% 27.8%53.8% 50%0结冰1冷水 030.8%33.3% 50% 50%0结冰 2热水 04

15、4.6%38.9%36.4%25% 23.8%50% 50%0结冰2冷水 023.1% 45% 45.5% 66%0结冰5. 将计算所得数据在图中描点，然后将这些点用柱状图连接。图二 同质同量同外部环境温度条件下单位时间内热水温度下降比率比较图三 同质同量同外部环境温度条件下单位时间内冷水温度下降比率比较6.分析：（1）在同质同量同外部环境温度条件下，通过冷热水各两次的实验和记录，所得数据真实可靠。（2）从图一可以看出，单位时间内热水下降速度比冷水快，但是在同质同量同外部环境温度条件下，热水开始结冰的时间出现较晚（120分钟）。（3）相反，从图一可以看出，单位时间内冷水下降速度比热水慢，但是在

16、同质同量同外部环境温度条件下，冷水开始结冰的时间出现较早（75分钟）。（4）从表二和图二、图三可以看出，热水在开始和结冰前均有温度加速下降趋势，而冷水仅在结冰前有温度加速下降趋势。实验结论：在同质同量同外部环境温度条件下，热水先冰的现象（姆潘巴效应Mpemba Effect）不存在，而是冷水先结冰。实验二1分别将10ml的95°的热水（沸水）和6°的冷水加入小量杯中，放入冰箱冷冻室（见下图），开始每隔5分钟记录观察一次；记录所见如下（表三）。时间/分钟0 5 10 15 20 热水温度/°C 95 27 7 30结冰 冷水温度/°C 6 30结冰2将实验

17、所得数据在方格纸上描点，然后将这些点用平滑曲线连接。图四 少量同质同量同外部环境温度条件下热水和冷水温度下降曲线3. 现象：观察结冰时的小量杯，页面未见液体缺失现象。4.分析：（1）在10ml同质同量同外部环境温度条件下，通过冷热水各一次的实验和记录，所得数据真实可靠。（2）从图四可以看出，单位时间内热水下降速度比冷水快得多，但是在同质同量同外部环境温度条件下，热水开始结冰的时间出现仍然较晚（20分钟）。（3）相反，从图四可以看出，单位时间内冷水下降速度比热水慢，但是在同质同量同外部环境温度条件下，冷水开始结冰的时间出现较早（10分钟）。实验结论：在同质同量同外部环境温度的情况下，热水先冰的现

18、象（姆潘巴效应Mpemba Effect）不存在，而是冷水先结冰，并且与水的多少无关。小结与设想：1、 本实验与热水先冰现象（姆潘巴效应Mpemba Effect）的实验结果相反。其原因可能与实验的初始条件不同有关。如：发生热水先冰现象时的冷热水质量不同；或液体中有添加物（牛奶中加糖或淀粉）。2、 可以多次重复上述实验，增加数据的可靠性。3、 可以进一步做冷热牛奶结冰的比较实验和液体中有添加物时的结冰实验。参考资料：1、专题小课本初中物理 物理实验与探究 总主编/钟山，现代教育出版社。1.3水垢对家用电热水壶热传导效率的影响 实验目的1、掌握数字万用表和数字钳型电流表的使用方法，正确测量水壶的

19、功率和水壶的电阻；2、掌握温度计的使用方法，正确测量水的温度；3、掌握秒表的使用方法，正确测量时间；4、计算有无水垢情况下水壶热传导效率，对比分析水垢的影响。实验原理1、 家用电热水壶的功率测量虽然每种水壶都有其标称的功率，但为了使结果更精确，需要对水壶的功率进行测量。用数字万用表测量负载的电压，用数字钳形电流表测量电流，得到U（伏特）和 I（安培），则功率为： P= U ×I ； 消耗的电能量为，即水壶的发热量：W1= P ×t =U ×I ×t, 加热所需要的时间（单位为秒）2、 水吸收的热量初始温度为T1（）,终止温度为T2（）,质量为m(克) W

20、2=4.19*m(T2-T1)（焦耳）3、 热传导效率： 本实验是通过测量水壶在有无水垢情况下的热传导效率来说明经常清洗水垢对于家庭节能的重要意义。需要特别指出的是，为了避免水温过高后所需要的气化热对计算结果的影响，本实验的终止温度设定在80。实验仪器设备DT9801数字式万用表,UT202数字钳形电流表，酒精温度计（-10-105）,苏泊尔SW17P3-180牌电热水壶（额定功率1.8KW,容量1.7L）,量筒（0-250mL），秒表，插线板。实验内容及原始数据1.将电水壶内装入适量的自来水（在上下刻度之间），开启电热壶，在6个不同的时间点分别测量电压、电流的数值，将测量数据记入下表。 标称

21、额定功率：1.8KW时间（秒）0306090120150电压U(V)229223223223223223电流I(A)7.807.707.657.657.657.652用量杯量出1.6升自来水，倒入电热壶中（内壁附着厚厚水垢）。测量此时水壶内水的温度T1.启动加热，同时启动秒表，注意观察温度计的温度。当温度到达80，停止秒表，记录此时秒表的计数。如此重复3次，将上述相关数据记入下表。 T2=80，M=1600 g，附着厚厚水垢 初始温度（） 202225加热时间（秒）2702622503 清除壶内水垢，重复2所述内容。将结果填入下表 T2=80， M=1600 g ，清除水垢初始温度（） 172

22、025加热时间（秒）249236218 4 壶中加入1.6升清水，按下加热开关后开始计时，水烧开后（电热壶自动跳开）停表，记录所需要的时间为：291秒 。数据处理及结论1、 计算电热壶的功率和电阻，见下表：标称额定功率：1.8KW时间（秒）0306090120150电压U(V)229223223223223223电流I(A)7.807.707.657.657.657.65功率（W）=U×I1786.201717.101705.951705.951705.951705.95平均功率（W）=1724.232、 计算电热壶的效率，见下表 m=1600 g，附着厚厚水垢 初始温度T1（） 2

23、02225终止温度T2（）808080加热时间t（秒）270262250水壶发热量W1（焦耳）=P×t=1724.23×t465542.10451748.26431057.50水吸收热量W2（焦耳）=4.19×1600(T2-T1)402240388832368720热交换效率(%)=W2/W186.4086.0785.54平均效率(%)=(1+2+3)/386.00 m=1600 g，清除水垢 初始温度（） 172025终止温度（）808080加热时间（秒）249236218水壶发热量W1（焦耳）=P×t=1724.23×t429333.27

24、406918.28375882.14水吸收热量W2（焦耳）=4.19×1600(T2-T1)422352402240368720热交换效率(%)=W2/W198.3798.8598.09平均效率（%）=(1+2+3)/398.443、 从上面的计算结果来看： 有无水垢，换热效率相差=98.44%-86.00%= 12.44%4、 无水垢的情况下，烧开一壶水需要291秒，则在有水垢的情况下，烧开同样的一壶水需要：291*98.44/86.00=333.09(秒)多耗时：333-291=42（秒）实验结果的分析和讨论1本实验所得结果与预想一致，故可认为实验是基本成功的。2 实验结果表明，

25、水垢具有隔热作用，它阻碍了热量的传递，在本实验中，使得热效率降低了12.44%。3. 不要小看这12.44%， 根据上面计算的结果，烧开一壶水需要多耗42秒的时间。如果每天烧6壶开水计算，多耗电1.724*42*6/3600=0.12（KWh）,这足可以将一盏5W的节能灯点亮24小时。4、节能减排已是世界潮流，但节能减排不是空话，需要从我做起，从身边做起。1.4提高笔记本电脑电池的使用寿命1. 前言随着科技的进步，笔记本电脑越来越普及，我们一家三口每人都有自己的笔记本电脑，在使用过程中，我们像许多上班族一样，把笔记本放桌子上，充上电，很少真正长时间使用电池，但不知不觉中电池的容量却在不断的降低

26、，一块上千元的电池，还没真正派上用场，就已在日常的使用中丧失了应有的容量，寿命自然也缩短了。这引发了我们对笔记本充电原理的研究。经过查阅资料，我知道了：电池的寿命主要取决于充放电的次数。我们平时使用笔记本电脑，基本上并不缺少外部电源，只是经常挪动笔记本的位置，由于不能及时接上外接电源，需要短时间使用电池，才造成过多的电池充放电机会。因此我设想：是否可以将电池分为两块呢？一块是应付短暂断电的便宜的短时电池，一块是在没有外接电源时长时间供电的长时电池。通过合理的自动控制，使得频繁的充放电只针对短时电池，长时电池不必频繁充放电，从而提高了长时电池的使用寿命。短时电池由于容量低，价格会便宜很多，即使经

27、常充放电， 寿命缩短， 需要更换，从经济和环保角度看，也是合理的。2. 笔记本电脑充电原理研究和改进设计 (仅以Lenovo或IBM ThinkPad系列笔记本电脑为例)2.1 目前笔记本电脑充电原理图一：目前笔记本电脑充电器原理如图一所示，当笔记本电脑连接外部电源时，外部电源不仅为笔记本提供工作电源，如果此时电池未充满，外部电源同时给电池充电，直至检测电路测得电池充满，由控制电路切断电池的充电电路。 只要外部电源可以供电，按照事先设定的阈值，每当电池的容量低于阈值时，外部电源对电池充电，因而大大降低了电池的寿命。2.2 建议改进的笔记本电脑充电原理图二：改进的笔记本电脑电池充电原理如图二所示

28、，将笔记本电池分为短时(Es)和长时(El)电池，平时有外接电源时，只连接Es，只有当没有外接电源并且Es不足时，才启动El。由于El较少机会连接进电路，避免了频繁的充放电，从而提高了长时电池（El）的使用寿命。控制电路A和电路控制B可以通过检测电路获知有无外接电源、短时电池和长时电源的容量信息等，从而决定是否将长时电池从电路中断开或接进电路。有外接电源+短时/长时电池容量未达设定阈值à充电短时/长时电池有外接电源+长时电池容量达到设定阈值à仅接入短时电池，断开长时电池无外接电源+短时电池容量不足à接入长时电池，同时断开短时电池3. 经济效益分析（研究价值，应用前

29、景，研究的不足）电池的使用寿命主要指标为充放电次数，目前市场上的笔记本电脑电池寿命(以Lenovo或IBM ThinkPad系列笔记本为例，下同)在500次左右，而我们每一次的插拔电源，基本上都是对接在电路里的电池的一次充放电。假设我们一天平均插拔电源1.5次，一块电源的使用寿命也就一年左右。电池的容量跟所配置的电池芯数相关，芯数越多，容量越大，价格也就越高。市场调查显示每芯的价格在200-400元左右（平均数，有的可能每芯会更高一些）。假如我们都用300元/芯的电池，将短时电池设计为1芯，长时电池设计为目前人们常常选用的6芯。假设笔记本使用年限为5年，那么5年内，我们在短时电池上的花费为：3

30、00×1（芯）×5（5块，5年）=1500元而长时电池因为大大减少了充放电次数，5年内基本不用更换。改进前后在5年内所需的费用计算如下：原来费用=300×6（芯）×5（5块，5年）=9000元现在费用=300×1（芯）×5（5块，5年）+300×6（芯）×1（1块，5 年） =3300元节约费用=9000-3300=5700元 。可见，成本比原来降低了63%。由于时间所限以及对于电池原理知识的了解不足，不能提出具体的电池参数以供论证，这是本文不足的之处。4其它：由于减少了电池的使用量，还有助于改善地球环境，符合环保

31、发展要求。5. 结束语本文旨在提出改善电池使用效率和寿命的方法，对于如控制电路的工作原理，充放电次数以外其他影响电池寿命的因素等都没有详细讨论。 同时还应进行更多的市场的调查，以进一步核实所提改进方法的市场需求，获得更精确的成本节省数据，给生产厂商提供更翔实的数据做出是否改进的决定。 1.5用电器安全问题【摘要】本次实验主要针对用电器在家庭电路中的安全安置的问题进行研究，利用了两次不同实验方法并进行比对后得出了用电器位于零线（用电器比开关更接近零线）时比位于火线更加安全的结论。最后对于实验中无法得出的数据进行了进一步分析，并与老师进行了交流，学到电荷守恒的定律及直流交流电路的差别。正文一、 提

32、出问题电灯是日常生活中必不可少的用电器之一，而触电就成为了使用用电器最大的隐患，根据相关资料，一般家庭触电是因为人体直接碰触带电设备其中的一相时，电流通过人体流入大地，这种触电现象称为单相触电。一旦触电，较低电压电流可使心跳 停止（或发生心室纤维颤动），继之呼吸停止。高压电流则由于对中枢神经系统强力刺激，先使呼吸停止，再随之心跳停止。然而，我们在使用电灯时不会直接触碰电源，开关也相对安全，更多的问题是因为用电器，那么为何错误使用用电器会导致触电？这样的情况能否利用某种方式消灭这种隐患，以保证开关断开时用电器一定安全？二、分析问题首先，我们先搞清为何大地可以与带电设备形成回路，地线是用来将电流引入大地的导线;电器设备漏电时,电流通过地线进入大地。说明地线可能在家庭电路中起到了与零线相同的作用，也就是电源的负极。所以我们做出猜想：用电器位于零线、火线与人体是否触电有关。其次，做出实验室电路图： 12s理论分析：当用电器位于1处时，开关断开，人体与之接触，相当于与零线接触，没有触电危险； 当用电器位于2处时，开关断开，人体与之接触，相当于与火线接触，有触电危险。（一）进行实验(1)原理人体触电说明有电流经过人体，所以可用一